VII. Bố cục luận án
4.6.3. Ảnh hưởng của hình dạng đỉnh piston và tỷ số nén đến khí thải
Ba loại buồng cháy được tạo ra dựa trên sự khác biệt giữa đường kính phần thể tích buồng cháy trên đỉnh piston (Db) và độ lệc tâm giữa đường tâm của xylanh và đường tâm của phần thể tích buồng cháy trên đỉnh piston (OB). Nếu buồng cháy có kết cấu Db = 66 mm và OB = 0 thì động cơ sau chuyển đổi có tỷ số nén = 11,5 và vận tốc squish sẽ nhỏ hơn so với động cơ có tỷ số nén = 12,5 với các kích thước tương ứng Db = 61,5 mm và OB = 0. Mặc dù khoảng cách lệch giữa hai đường tâm khá nhỏ với OB = 4,5 mm nhưng vận tốc squish được tạo ra trong buồng cháy ở cuối kỳ nén của PS3 sẽ khác so với PS2 mặc dù có cùng tỷ số nén = 12,5. Trong nghiên cứu này có thể thấy sự thay đổi của thể tích buồng cháy trên đỉnh piston
Db = 4,5 mm OB = 4,5 mm đã làm thay đổi vận tốc squish ở gần cuối kỳ nén, vì vậy mà tốc độ giải phóng nhiệt của nhiên liệu trong buồng cháy cũng thay đổi. Sự thay đổi này sẽ làm cho các thành phần khí thải như: CO, HC và NOx thay đổi với mỗi điều kiện làm việc của động cơ.
Kết quả thí nghiệm về sự thay đổi của Hydro-carbone (HC) theo tốc độ động cơ trong điều kiện: Bướm gió mở hoàn toàn; góc đánh lửa điều chỉnh để được mô men lớn nhất (hình 4.27). Lượng HC có xu hướng thay đổi giống nhau đối với cả ba kiểu đỉnh piston, vì trường vận tốc squish được tạo thành trong xylanh khác nhau nên giá trị HC đo được cũng khác nhau tại mỗi tốc độ động cơ.
Với đường kính Db = 66 lớn hơn và tỷ số nén nhỏ nhất ( = 11,5) nên lượng nhiên liệu trong buồng cháy được dồn vào phần thể tích buồng cháy trên đỉnh piston vì vậy giá trị HC được nhỏ hơn so với hai trường hơn PS2 và PS3. Do đường tâm của thể tích buồng cháy trên đỉnh piston lệch so với đường tâm của xylanh nên trường vận tốc squish không còn tương đương nhau mà bị phân bố thành những vùng có giá trị khác nhau dẫn đến giá trị HC đo được của PS3 luôn lớn nhất tại mỗi điểm đo. Tuy nhiên việc tăng tốc độ động cơ sẽ làm tăng khả năng dễ cháy của hỗ hợp hơn vì vậy HC của cả ba dạng đỉnh đều có cùng xu hướng giảm (khi tốc độ động cơ trong khoảng từ n = 1000 vòng/phút đến n = 1800 vòng/phút). Khi tốc độ động cơ lớn hơn n = 1800 vòng/phút, giá trị HC đo được của cả ba kiểu đỉnh piston đều có xu hướng tăng chứng tỏ cả ba kiểu đỉnh piston này chưa sẵn sàng đáp ứng được điều kiện mở rộng vùng tốc độ làm việc của động cơ sau chuyển đổi.
Hình 4.27. Hydro-cacbon thay đổi theo tốc độ động cơ
Carbon monoxide (CO) là sản phẩm của quá trình cháy không hoàn toàn của nhiên liệu Hydro carbone (HC), sự xuất hiện của CO chủ yếu là do thiếu ô xy cục bộ hoặc màng lửa đang lan đến vùng hỗn hợp thì bị tắt. Hình 4.28 thể hiện các kết quả thí nghiệm đo được bằng tủ phân tích khí CEB II về sự thay đổi của CO theo tốc độ động cơ.
Mặc dù thời gian hoà trộn giữa nhiên liệu và không khí đã bắt đầu từ lúc nhiên liệu đi ra khỏi vòi phun và bắt đầu hoà trộn ở trên đường ống nạp cho đến khi kết thúc quá trình cháy nhưng giá trị của CO đo được là khác nhau. Kích thước Db và OB không những ảnh hưởng đến HC mà còn ảnh hưởng cả CO, kết quả này chính là sản phẩm của quá trình cháy không hoàn thiện. Từ kết quả HC và CO đo được bằng tủ phân tích CEB II kết hợp với phân tích tốc độ giải phóng nhiệt của nhiên liệu bên trong buồng cháy suy ra kiểu đỉnh piston PS1 là phù hợp với nhiên liệu khí thiên nhiên hơn so với hai kiểu còn lại là PS2 và PS3.
Đối với thành phần khí thải NOx của nhiên liệu khí thiên nhiên, sự hình thành của NOx trong trường hợp này phụ thuộc chủ yếu vào ba tác nhân chủ yêu: nồng độ Ô-xi, nhiệt độ để phản ứng xảy ra và thời gian của phản ứng ở trong buồng cháy. Hình 4.29 là những kết quả NOx đo được từ thử nghiệm khi tốc độ động cơ tăng, trong khoảng n = 1000 ÷ 2000 (vòng/phút) xu hướng thay đổi của NOx là giống nhau nhưng giá trị khác nhau. Do cả PS1 và PS2 đều đốt cháy được nhiều nhiên liệu hơn nên nhiệt độ trong buồng cháy cao hơn nên đã kích hoạt để cho phản ứng tạo thành NOx nhanh và nhiều hơn so với PS3.
Hình 4.29. Nitơ Oxit thay đổi theo tốc độ động cơ